基于智慧課堂的教學設計
——以“鐵及其重要化合物”為例

徐 偉 吳東旭 鹿鈺鋒

(1.合肥工業大學附屬中學 安徽合肥 230009)(2.合肥師范學院化學與化學工程學院 安徽合肥 230601)

云計算、大數據、AI等信息技術的加速發展和推廣應用，以及智慧課堂的硬件建設的飛速發展，使教育進入了智能化時代。智慧課堂基于大數據技術，實現師生信息交換，建構了智能化的學習環境，實現了課內與課外、線上與線下、虛擬與現實的統一，實現了全時空的教學，推動了智慧教學模式的創新，實現了因材施教和個性化學習，促進學生不斷發展。智慧課堂是以建構主義、人本主義等學習理論為指導，以學生活動為載體，以數據統計分析為支撐，以培養學生核心素養為宗旨的高效課堂。

一、智慧課堂教學設計的理論基礎

建構主義、人本主義等學習理論是建構智慧課堂教學設計的理論基礎。智慧課堂的教學是以學生為中心的教學，教師應關注學生素養的提升，培養全面發展的人。智慧課堂學習環境下，學生的學習基于確定的情境，借助教師和同學的幫助，通過建構的方式獲得知識，進而發展能力。學習不再是以個人為主體的過程，而是在智能環境下聯通學生與信息源的活動，也就是利用新型的信息技術中介，在環境的聯結中學習。在這些理論的指導下進行智慧課堂的教學設計，能準確把握情境創設、教學數據的采集與處理、學習過程的評價與反饋、課堂的教學互動和課后的個性化輔導等關鍵要素，落實“以學生為中心”的核心思想，從而加強學生的主體地位，激發學生的學習興趣和動機，促進學生積極參與課堂學習、主動進行知識建構。

二、智慧課堂的教學設計

在傳統的課堂教學設計中，教與學往往是相對獨立的，其之間的聯系與反饋方式比較簡單，難以全面深入地進行交流與互動。而在智慧課堂中，由于技術的運用，使得教與學的要素與流程發生了重大變化，教與學互動、協作，相互融合為一體。

智慧課堂是全時空的教學，所以智慧課堂的教學設計分為三個時段，即課前段、課中段和課后段。

課前段的教學設計主要圍繞基礎知識的學習和學情分析。教師根據課標和學情設計學生的預習內容，以微課、課件和進階練習的形式發布至智慧教學平臺上。學生在課前自主學習平臺推送的學習材料，完成預習任務，實現先導學習和自主學習。教師從智慧課堂平臺收集學生預習反饋的問題，進行二次備課。

課中段的教學設計圍繞情境創設和課堂探究。教師先通過創設基于真實生活的情境，引導學生進入新課內容的學習；然后圍繞學生的問題組織學生互動研討或實驗探究，再進行知識的總結和展示；最后進行或者練習應用。

課后段的教學設計圍繞知識的鞏固和個性化的輔導。教師通過設計有一定梯度和難度的練習，幫助學生鞏固，最后師生一起完成知識的總結。

智慧課堂平臺在線上學習中主要發揮監督、推送、記錄、反饋、分析、個性輔導等作用。智慧課堂教學設計如圖1和圖2所示。

圖1 智慧課堂教學活動設計圖

圖2 智慧課堂教學設計圖

三、基于智慧課堂的“鐵及其重要化合物”教學設計

基于以上的設計思路，研究從基于智慧課堂的角度來重構教學設計，其相關內容呈現如下。

(一)課程標準及教學目標

學科核心素養教學目標對應的素養A宏觀辨識與微觀探析B變化觀念與平衡思想C證據推理與模型認知D科學探究與創新意識E科學精神與社會責任結合真實情境下的應用或者是實驗探究,了解鐵及其重要化合物(氧化物、氫氧化物、亞鐵鹽、鐵鹽)的主要性質,了解其在生產、生活中的應用和對人類社會發展的影響。A、E能從實驗現象(宏觀)的變化(微觀)和化學方程式(符號)等方面建立對化學反應的多重表征,初步建立對鐵、鐵的氧化物、鐵的氫氧化物、亞鐵鹽和鐵鹽性質等事實的宏觀認知和微觀探析以及符號表征,提升學生的知識表征水平。A、C通過實驗探究鐵的氧化物、鐵的氫氧化物、亞鐵鹽以及鐵鹽等物質的性質,實現物質間的相互轉化,引導并發展學生實驗探究的水平。A、B、D通過探究過程的設計、展示和評價,實現學生的證據推理和模型認知水平的發展,培養學生的批判性思維能力。C、D

(二)教學過程

1.課前段

學生通過智慧課堂推送的自主學習任務單和學習資料進行自主學習。學習任務包括：(1)不同鐵的氧化物的俗稱、性質與用途；(2)氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的制備；(3)Fe的檢驗；(4)進階練習。學生通過自主學習完成知識的內化。

教師活動：

(1)教師將相關學習內容上傳到學校智慧課堂平臺，并將預習任務和要求布置給學生。

(2)回收并檢查學習任務單的完成情況，分析進階練習的數據，然后根據反饋來進行二次備課。

學生活動：

依據智慧課堂平臺推送的學習資料自主學習，完成學習任務單上的任務。

(1)對于有疑惑的或者沒有弄懂的問題，在平臺答疑區進行討論或反饋給老師。

(2)完成進階練習中的練習。

設計意圖：課前讓學生自主預習平臺上的學習資料，然后進行進階練習，并提出學習中的疑問等，旨在提升學生獨立自主獲取關鍵信息和總結問題的能力。

2.課中段

課中段教學分為三個環節：(1)交流討論，釋疑解惑；(2)發現問題，開展探究；(3)創設情境，學以致用。

環節一：交流討論，釋疑解惑。

學生首先在學習小組中提出自己在課前預習時的疑惑，然后小組內討論解決；沒有解決的問題由小組統一提出，全班交流討論，最后教師進行答疑。在小組討論時，教師要主動巡查并參與其中，對小組的討論進行引導，記錄小組討論較多的問題，并進行答疑。以下為小組討論較多的問題：(1)為什么制取的Fe(OH)往往不純凈？(2)怎樣才能制得較純凈的Fe(OH)？(3)哪些因素導致制備的Fe(OH)不純凈？

設計意圖：學習成效金字塔理論指出，將教學中的答疑環節設計為學生討論的方式，其比教師講解的方式效果更好。在交流討論環節，貫徹建構主義理念，讓學生在合作中解決問題，感受自主學習和合作學習帶來的成就感。其不僅可以提高學生語言表達能力和分析解決問題的能力，還可以增進生生之間、師生之間的感情。

環節二：發現問題，實驗探究——探究什么物質把Fe(OH)氧化成Fe(OH)

圖3 實驗裝置

引導學生發現在制備Fe(OH)的實驗過程中，試管中有少量的紅褐色沉淀生成，也就是Fe(OH)被氧化成Fe(OH)。對此現象提出假設：(1)可能是溶液中溶解的O氧化的；(2)可能是容器中的O氧化的。

學生設計實驗方案并討論，教師注意引導學生利用氧氣傳感器測定實驗過程中O含量的變化，同時向學生介紹氧氣傳感器、三頸瓶等實驗裝置(如圖3 實驗裝置)。

學生通過觀察發現有大量灰綠色沉淀生成，記錄溶解氧傳感器和氧氣傳感器測出的氧化含量得出曲線圖,進而得出結論。通過圖像發現，在三頸燒瓶中氧氣和溶解氧的含量同步不斷減少，這說明空氣中的氧氣溶解在溶液中，溶液中的氧氣直接參加反應，從而導致二者含量不斷減少。實驗結果表明，實驗過程中發生了氧化反應。

圖4 溶解氧變化曲線 圖5 瓶內氣體中氧氣含量變化曲線

設計意圖：引導學生依據實驗現象進行合理的假設，并設計實驗進行探究，提升學生的核心素養；同時實驗探究中的數字化實驗實現了將溶液中和容器中的氧氣濃度的變化實時地呈現，促進了學生從定性實驗到定量實驗的認識升級，也促進學生從定量的角度理解反應的本質，實現了化學學習從三重表征到四重表征的升級。

環節三：創設情境，學以致用——運用氧化還原知識解決實際問題

教師展示“維生素C和Fe搭檔效果會更好”的視頻，引導學生產生“為何二者一起使用效果會更好”的問題。在問題的引領下指導學生閱讀學習相關藥品的說明書，組織學生分析討論，最后教師進行知識總結。

設計意圖：創設基于真實生活的情境，讓化學知識從教材走到現實生活中。這樣學生不僅學習了知識，而且還能夠使用它們。同時加深學生對Fe性質的認識，使其初步具備辯證的科學態度。交流討論中，學生從化學的角度來認識生活，提高了學生對化學學習的興趣，增強了學生學習化學的動力。

3.課后段：知識總結 練習鞏固。

學生利用智慧平臺進行練習鞏固，并針對錯誤題目在平臺上展開討論。平臺根據學生答題的情況，個性化推送練習講解和類似練習，進行個性化輔導。

設計意圖：學生在線練習，既能檢測知識的掌握情況，還能查漏補缺，做到快速實時地評價和改正。信息技術的全方位高效應用，提供了科學的、高效的測試和評價手段，極大地提高了教學的效率和質量。

四、教學特色與反思

課前段利用智慧課堂推送學習任務和學習資料讓學生自主學習，有利于培養學生的問題思維和自主學習能力。學生在自主完成學習任務的過程中思考并提出問題，教師通過平臺進行信息獲取和分析，然后精準地在課中進行討論交流、講解和答疑，從而提高教學效率。

課中段通過智慧課堂及時清晰地將學生的學習、交流討論的情況反饋給教師，使教師更準確地進行內容等的調整，使教學目標更具體化和可操作化。

課后段，智慧課堂將學生的練習情況及時總結并反饋給教師，教師利用平臺進行個性化的輔導與作業的推送，使得教學更具有針對性和個性化。

在三個階段的教學中，知識的掌握、理解由學生在課前段的自主學習中完成；知識的分析、應用等需要通過教師的幫助在課中段完成；而課后段的鞏固和個性化作業推送又確保了因材施教。

智慧課堂教學模式更能體現以學生為中心。在探究過程中，學生發現并且能夠真正自主地解決問題，最大程度上體現了科學研究的一般方法，是一種非常符合化學核心素養要求的教學方式。

智慧課堂教學模式有利于學生高階思維的發展，其還是改變傳統師生關系、聯結線上線下教學、開展各種活動等的有效途徑之一，實現了傳統課堂向新型課堂的轉型。